本发明公开了一种由CO加氢合成C2-C25高碳伯醇的催化剂及其制备方法与应用。该方法是以碳纳米管作为载体，所述活性组分为含钴化合物，还可添加助剂，所述助剂为含有下述元素中至少一种元素的卤化物、氧氯化物、硫酸盐、氧硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、氧硝酸盐、亚硝酸盐、草酸盐和柠檬酸盐中的至少一种：镧、锆和铜。活性组分重量为1～30％，助剂重量为0.1～10％；载体比表面积20～600m2/g，孔径1～45nm。采用浸渍等方法将催化剂活性组分和助剂负载在碳纳米管载体上。该催化剂用于CO加氢一步法直接合成高碳醇反应时，具有较高的CO转化率和高碳醇的选择性。