本发明公开了一种双金属氧化物催化剂及其制备方法、应用，催化剂活性成分含化学结构式为Co_3‑xMn_xO₄的双金属单分子氧化物。制备方法包括：配制混合盐溶液Ⅰ；配制盐溶液Ⅱ；将混合盐溶液Ⅰ和盐溶液Ⅱ混合得到悬浮液；离心分离，底层沉淀烘干；烘干物放入马弗炉中，通入空气流持续煅烧；将煅烧产物研磨、过筛，得到所述的双金属氧化物催化剂备用。将所述双金属氧化物催化剂用于增压富氧燃烧碳捕集体系中，用于高效脱除富CO₂的高压烟气流中残存的少量氧气。本发明的双金属氧化物催化剂，采用溶液共沉淀法制备，合成方法简单；通过锰元素掺入四氧化三钴晶格中形成，可改善氧气的可吸附性和被还原性；应用时无需添加任何助剂，可以不添加载体物质。