本发明涉及纳米材料及光催化降解有机污染物技术领域，具体是涉及一种TiO₂单晶纳米棒-活性碳纤维复合光催化剂、制备方法及其应用。以具有一定孔隙率、强吸附性的活性碳纤维毡为基体，在其表面以金属钛为钛源通过水热法制备具有良好降解有机污染物能力的负载型TiO₂单晶纳米棒-活性碳纤维复合光催化剂。本发明所用的多孔活性碳纤维具有强吸附性，为TiO₂单晶纳米棒的均匀负载提供了稳定的基体。所获得的TiO₂纳米棒在其合成过程中直接晶化，无需后续高温晶化处理；通过调节反应温度、时间在活性碳纤维上生长晶型可控的TiO₂纳米棒，并可根据需要将制备的复合光催化剂裁剪任意尺寸，满足实际应用要求。同事，制备工艺简单，易于实施。