本发明涉及纳米陶瓷材料领域，具体为一种Ti3Si1-xAlxC2／TiO2纳米片一体化材料及其制备方法和应用。该一体化材料以Ti3Si1-xAlxC2块体材料作为基体，TiO2纳米片生长于基体表面；其中，0＜x≤0.2。将Ti3Si1-xAlxC2块体材料打磨、抛光、清洗、干燥；在温度800℃～1100℃，真空度100Pa～30kPa，保温时间10min～20h条件下处理，即可在Ti3Si1-xAlxC2块体材料表面生长出金红石型TiO2纳米片，从而得到Ti3Si1-xAlxC2/TiO2纳米片一体化材料。该方法制备的TiO2纳米片尺寸可控制在厚度2nm～100nm，表面积0.1微米到几百微米，表面光滑。其中，Ti3Si1-xAlxC2基体材料具有较高的强度、模量、抗热震性以及导电性，而TiO2纳米片具有较大的比表面积，因此Ti3Si1-xAlxC2/TiO2一体化材料将在电加热的高温催化剂载体、光催化等领域具有潜在应用前景。