本发明属于新材料的制备技术领域，具体公开了一种高活性单原子铁修饰TiO2空心微球的制备方法及其在光催化氧化NO中的应用。所述制备方法包括：（1）用碱热法制备大比表面积的TiO2空心微球；（2）将双(二羰基环戊二烯铁)吸附到该TiO2空心微球表面；（3）在320‑370℃下煅烧，获得单原子铁修饰的TiO2空心微球光催化剂。本方法同步实现表面氧空位生成及单原子铁的锚定，其工艺简单、成本低廉；所制备得到的光催化剂光催化氧化NO的性能优异，为日益严峻的空气环境问题的解决提供了新的思路。