本发明公开了一种二氧化钛单晶金红石纳米线阵列薄膜的合成方法，含以下步骤：(1)取月桂酸、无水乙醇和去离子水混匀，再加入钛源并剧烈搅拌后，得混合液；(2)将混合液放入密闭的反应釜中，将反应釜置于恒温箱中，调节反应温度为100-230℃，反应时间为1-100小时，反应完冷却至室温；(3)取出反应釜中生成的薄膜，经含洗涤和烘干的后续工序处理后，即制备得二氧化钛单晶金红石纳米线阵列薄膜。本发明采用的是无毒性原料，不用采用强酸和强碱条件，是一种工艺简单、易于操作控制、成本低、无污染的绿色合成方法。