本发明公开了一种富含五配位氧化铝及其合成方法和应用，所述富含五配位氧化铝的合成方法为：将可溶性金属铝盐与有机络合剂混合溶解于去离子水中形成澄清溶液，将该澄清溶液加热搅拌直至形成粘稠胶状物，将该粘稠胶状物进行加热活化，使配位络合在铝离子上的有机络合剂受热分解，再自然冷却至室温得到富含五配位的氧化铝前驱体粉末，置于含氧气氛下进行焙烧处理，铝离子被氧化形成氧化铝，有机络合剂分解形成的残留在所述氧化铝表面的碳材料被燃烧除去，即得富含五配位氧化铝粉末。本发明的氧化铝粉末含有大量的五配位氧化铝的物相，因此具有大量的氧空位，通过富含五配位氧化铝载体具有的氧空位将金属原子铆定住，得到高负载量的单原子催化剂。