本发明公开了一种纳米结构锐钛矿二氧化钛及其制备方法和应用，成功的设计合成出了二氧化钛中空微球并且微球表面有二氧化钛纳米片包覆而成。通过使用钛酸异丙酯为钛源，经过简单的水热反应之后合成分等级结构的二氧化钛前驱体，之后在还原性气体中煅烧，使得材料生成氧空位，提高了材料的导电性。同时材料特殊的分等级结构为嵌钠/锂提供更多的活性位点，并且缩短离子和电子的传输路径。所制备的分等级结构二氧化钛作为钠离子电池的负极材料具有优异的循环稳定性和很高的比容量，在2 C的电流密度下，经过150圈的循环后充电比容量能够达到242.6 mA h g‑1，在电流密度为20 C(1 C=168 mA h g‑1)时，经过5000圈的循环后，充比电容量依旧能够达到159.7 mA h g‑1。