本发明公开了一种在温和条件下利用氧气在水溶液中将乙烯直接催化转化为乙二醇的方法及其催化剂。该方法包括如下步骤：以二维层状过渡金属化合物及其杂化结构为催化剂，以氧气为氧化剂，在温和的液相反应中将乙烯直接催化转化成乙二醇。相比于传统工艺，本发明提供的乙烯一步法制乙二醇的方法具有反应流程短、反应条件温和、能耗低、乙烯转化率高、产物中乙二醇选择性高等特点。同时，这种催化氧化乙烯制乙二醇的催化剂具有价格低廉、制备简单、催化活性高、稳定性好等特点。