本发明涉及一种催化燃油O2氧化脱硫的方法。其特征是以聚醚型氧钒杂多酸离子液体为催化剂,按摩尔比n(催化剂):n(硫化物)=1:1.6~4.8、体积比V(甲苯):V(燃油)=1:1.5~2.0的比例,向高压釜中加入催化剂、含硫燃油和温控溶剂甲苯,然后充入0.6~1.2MPa的氧气,在温度80~120℃下,反应0.5~2.5小时。本发明与传统的方法相比,其特点是:(1)催化剂同时具有两种高价态金属,催化氧化能力强;(2)催化剂具有温控链,赋予催化体系具有“高温均相反应,低温两相分离”的特点,同时保持了均相反应催化活性高、多相反应催化剂与产物易分离的优点;(3)催化剂性能稳定,循环使用效率高;(4)属于环境友好工艺路线。