直接在钛基底表面制备的二氧化钛三维微纳米复合结构具有比表面积大、光利用效率高、电荷传输阻抗小的优势，可以有效提升其在光催化、光电转换等领域的应用性能。本研究采用飞秒激光对纯钛片进行刻蚀制备微米结构，使用H2O2　在微米结构表面氧化制备纳米多孔二氧化钛。该复合方法制备的二氧化钛三维微纳米复合结构在紫外波长范围内平均反射率低于5％。光催化降解甲基橙结果显示，飞秒激光制备的微米结构形状和尺寸特征对催化性能有显著影响。该复合结构性质稳定，多次降解循环速率保持不变。飞秒激光化学复合制备的方法可以充分发挥飞秒激光在钛基底表面超精密、可控制备的优势，对实现金属表面金属氧化物功能材料的制备具有重要意义。