本发明属于光催化技术领域，具体为一种高催化性质TiO₂纳米粉末/多孔材料及其制备方法和应用。本发明制备步骤为：首先利用原子层沉积的方法在海绵上生长TiO₂纳米薄膜；然后将覆盖TiO₂纳米薄膜的海绵置于氧化铝坩埚中；并将氧化铝坩埚放入已经设置好一定加热程序的管式炉中，通入适当的气氛，进行热处理；冷却后取出，即得高催化性质TiO₂纳米粉末/多孔材料。本发明工艺简单，制备温度低，得到的TiO₂纳米粉末/多孔材料中的锐钛矿和金红石相具备一定的比例，具有很好的光催化降解能力，因而可应用于光催化领域。