本发明属于VOCs催化燃烧环境保护技术领域，提供一种应用于VOCs催化燃烧的金属氧化物催化剂及其制备方法和应用。一种金属氧化物催化剂，该催化剂以Co3O4为活性组分，掺入摩尔比1％～10％的碱土金属，再经过酸溶液刻蚀洗涤制得，酸溶液PH为2～4。本发明的制备方法能够显著提高金属氧化物催化剂在VOCs催化燃烧中的催化活性，该方法制备的催化剂活性高、起燃温度低、水热稳定性好，并且与贵金属催化剂相比成本低廉，因此在工业废气净化方面存在着良好的应用前景。