本发明公开了一种光电催化薄膜，其特征在于，其由导电纳米氧化物浆料与二氧化钛浆料按比例混合后，然后在钛板上将所得混合浆料进行刮涂和烧结得到。本发明还公开了该光电催化薄膜的制备方法及应用。本发明的有益效果是：本发明的光催化复合薄膜在用于光电催化降解有机污染物方面，与已有技术相比具有显著的有点。由于大的比表面积有利于吸附更多染料，通过调节其化学组成和外加电场协同，改善了光电催化过程中的电极结构上电荷的传输性能，有效减少光生电子和空穴的直接复合，使光电催化效果显著提高；复合薄膜在钛板表面附着牢固，薄膜表面基本无膜裂，有较好机械稳定性。