本发明涉及一种CO2再生催化剂及其制备方法和应用，属于CO2捕集技术领域。本发明提供了一种制备杂多酸/介孔TiO2复合材料的方法，基于溶胶凝胶‑溶剂法和原位组装一步法，先将模板剂、溶剂和钛盐混合，得到介孔TiO2前驱体悬浊液，然后将介孔TiO2前驱体悬浊液与至少两种含氧酸盐混合后进行酸化处理，得到含有杂多酸纳米晶的凝胶，再将凝胶进行溶剂热晶化处理，得到晶化产物，最后将晶化产物进行焙烧，得到杂多酸/介孔TiO2复合材料。以该复合材料作CO2再生催化剂能够同时提供CO2解吸反应所需要的L酸位和B酸位，降低CO2解吸反应所需的温度，进而降低CO2脱附过程所需的热负荷，解决CO2捕集过程高能耗的问题。