由于其优异的物理和化学性质，黑色二氧化钛在多个领域中展现出广泛的应用前景。
光催化剂：太阳能转化：黑色二氧化钛因其宽光谱吸收能力，能够有效吸收可见光和近红外光，显著提高光催化效率，广泛应用于太阳能转化和光解水制氢等领域。
环境净化：黑色二氧化钛在可见光下表现出优异的光催化活性，能够有效分解有机污染物，适用于废水处理、空气净化和自清洁材料的开发。
电极材料：锂离子电池：黑色二氧化钛因其优异的电导率和结构稳定性，被广泛研究作为锂离子电池的负极材料。相比传统的石墨负极，黑色二氧化钛具有更高的循环稳定性和更快的充放电速度。
超级电容器：黑色二氧化钛作为超级电容器电极材料，表现出高的比容量和优良的循环性能，适合用于高性能储能设备中。
光电器件：光电化学电池：黑色二氧化钛在光电化学电池中作为光阳极材料，能够显著提高光电转换效率，适用于太阳能电池和光电传感器的开发。
光探测器：由于其宽光谱响应特性，黑色二氧化钛在光探测器中表现出优异的性能，适合用于紫外到近红外波段的光探测。
催化剂与催化剂载体：多相催化：黑色二氧化钛因其表面活性高、氧空位丰富，是许多化学反应的有效催化剂，如氢化反应、脱氢反应和氧化反应。
催化剂载体：黑色二氧化钛可以作为贵金属催化剂的载体，提高催化剂的分散性和稳定性，广泛应用于环保和化工领域。