本发明属于串联催化剂技术领域，公开了一种负载型多金属氧化物串联催化剂及制备方法和应用，在载体表面负载金属A的氧化物之后再负载金属钒酸盐纳米颗粒；金属A的氧化物作为直接脱氢催化位点，金属钒酸盐纳米颗粒作为选择性氢燃烧位点。本发明的负载型多金属氧化物串联催化剂在低碳烷烃脱氢和化学链选择性氢燃烧中的应用，纳米尺度上将丙烷直接脱氢和化学链选择性氢燃烧位点有机耦合，通过副产物氢的选择性燃烧，拉动反应平衡向右进行，有效打破热力学限制。同时氢气燃烧释放化学能，以直接加热的方式提供热能，实现反应自热运行。具有低碳烷烃单程高转化率，目标产物烯烃高选择性的突出优势。