本发明属于催化剂技术领域,具体涉及一种负载四氧化三钴的膜催化剂及其制备方法和应用。本发明提供了一种负载四氧化三钴的膜催化剂,包括聚合物纤维多孔膜和分布于所述膜表面和/或内部的四氧化三钴。本发明提供的膜催化剂以膜形式存在,便于与溶液分离,利于膜催化剂的回收和循环利用。本发明提供的膜催化剂中四氧化三钴分布于膜的表面和/或内部,避免四氧化三钴发生团聚使四氧化三钴具有较高的比表面积,提高了催化活性组分与待催化物质的接触概率,从而提高膜催化剂的催化性能。