本發(fā)明涉及一種三維石墨烯/黑色二氧化鈦復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，三維石墨烯/黑色二氧化鈦復(fù)合材料包括三維石墨烯和負(fù)載于所述三維石墨烯上的納米黑色二氧化鈦。根據(jù)本發(fā)明，將三維石墨烯與納米黑色二氧化鈦進(jìn)行復(fù)合，利用三維石墨烯作為關(guān)鍵的光生載流子分離和傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)集污染物的高效吸附與可見光響應(yīng)的黑色二氧化鈦原位降解一體化的突出功效，明顯提升了基于全太陽光寬譜驅(qū)動的光催化效率。