本发明公开了一种碳酸钴在分子氧无溶剂催化氧化乙苯制苯乙酮中的应用。该方法以价廉易得的碳酸钴为催化剂，以分子氧作氧化剂，在无溶剂和无其它任何添加剂的条件下，将乙苯选择性氧化制备得到目标产物苯乙酮。所述方法反应过程简单，催化活性高，选择性好，可循环使用，环境友好，具有良好的工业应用前景。