本发明公开了一种钴单原子催化剂及其制备方法和应用，属于催化剂制备技术领域。钴单原子催化剂的制备方法，包括以下步骤：将钴源溶液和盐类溶液混合均匀，干燥后在惰性气体保护下热解，得到所述钴单原子催化剂。本发明采用的工艺流程环境友好，使用的溴化铵等铵盐可在热解过程中升华，并在低温区重新结合生成溴化铵等铵盐，铵盐可回收重复使用；热解后，原料中的硫酸钠或残存的铵盐可以通过水洗除去，产品易纯化。本发明制备的钴单原子材料具有优异的类氧化物酶活性，能够有效的催化3,3’,5,5’‑四甲基联苯胺、邻苯二胺等酶性底物氧化，分别生成蓝色和橙黄色产物，可用于催化氧化、生化检测及环境治理等领域。