本发明公开了一种碳纤维负载介孔二氧化钛的制备方法，属于碳纤维表面改性技术。本发明采用活化处理的碳纤维为负载体，通过溶胶-凝胶反应借助模板剂的导向作用将介孔二氧化钛负载于碳纤维表面。本发明的优点在于能够制备出具有介孔结构、负载量可控、分布均匀、物相为锐钛矿结构的二氧化钛改性碳纤维，介孔材料较高的比表面积有利于提高碳纤维增强体与基体材料的界面结合，进而提高碳纤维复合材料的力学性能；同时，对于拓展碳纤维在集结构-储能一体化的多功能复合材料方面的应用有重要意义。本发明可应用于先进复合材料、储能、吸附等技术领域。