本发明属于电极材料技术领域，公开了一种钼改性二氧化钛纳米管及其制备方法和应用，其特征在于，包括以下步骤：将钛片进行预处理，然后以预处理的钛片为工作电极，铂电极为对电极，在含有（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４·４Ｈ２Ｏ、ＮＨ４Ｆ和去离子水的乙二醇溶液中进行第一次电化学氧化处理，然后将处理后的钛片超声去除氧化膜；再将其置于与第一次阳极氧化处理相同的电解液中进行第二次电化学氧化处理，然后将所得样板置于高温炉中，在３００～６００℃温度下煅烧１～３ｈ，得到钼改性二氧化钛纳米管。本发明改性二氧化钛纳米管的导电性能和比电容相对于单纯二氧化钛纳米管来说有了很大的提高，可用于高性能超级电容器的制备。