本发明属于负载型催化剂技术领域，公开了一种负载型TiOx核壳结构催化剂及其制备方法和应用，在Al2O3载体负载有Ni@TiOx核壳结构，核壳结构包括金属Ni内核和TiOx外壳；制备方法为先将铝醇盐和有机钛化合物以及表面活性剂加入异丙醇溶剂中并搅拌至混合均匀，然后逐滴加入稀硝酸水解至完全；将所得溶胶于室温下老化至完全，于真空条件下完全干燥；再将所得固体进行分步焙烧；浸渍于Ni(NO3)3·6H2O溶液中超声分散均匀后完全干燥；最后将所得固体焙烧后还原得到Al2O3负载的Ni@TiOx核壳结构催化剂。本发明所得催化剂具有可与工业贵金属催化剂媲美的高活性并伴随高选择性和稳定性，突破了氧化物基催化剂活性低不符合工业化应用需求的限制，可以在低碳烷烃脱氢制烯烃中作为催化剂应用。