本发明公开一种钴铈复合氧化物催化剂的制备方法及应用。本发明将钴盐化合物和铈盐化合物及金属离子改性剂溶入水中，然后加入还原剂进行还原反应，再在超声波或微波的作用下，加入沉淀剂进行共沉淀反应，将所得到的沉淀物经干燥后在含氧气氛中进行焙烧，从而获得含有不同价态的钴和不同价态的铈的复合氧化物催化剂，用于环己烷氧化反应，一步高选择性制备KA油。本发明所得钴铈复合氧化物催化剂既可以活化反应底物，又可以促进反应中间体的快速转化，展示了强的协同催化作用，大大地提高了反应过程效率和KA油收率，且催化剂容易分离，稳定性好，是一种环境友好型的非均相催化剂。