本发明提供一种直径小于100nm超细中空二氧化钛纳米球的制备方法,提供纳米碳球颗粒作为模板;分别将不同粒径的纳米碳球颗粒(CSs)模板均匀地分散在有机溶剂中,形成碳球溶胶体系,随后分别逐滴加入经有机溶剂稀释的钛酸四正丁酯溶液,反应获得壁厚及粒径可控的纳米CSs@TiO2溶胶;离心处理上述CSs@TiO2溶胶,将所得固形物烘干并煅烧,最终煅烧所得的残留物即为目标产物;本发明方法实现了球体完整、单分散性好、可稳定储存、粒径在100nm以下、壁厚在10nm以内均一可控的二氧化钛中空纳米球的制备;整个制备过程操作简单,可控性强,重复性好,且模板材料来源广泛且价格低廉,生产成本较低且安全环保,适合大规模生产。