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本发明公开一种负载型团簇氧化钼催化剂,化学式表示为X?MoOx/ZT,其中MoOx为活性组分,ZT为载体,X表示为活性组分的理论负载量,其中活性组分理论负载量为1?15%,且活性组分MoOx的平均粒径为0.8?1.5nm。本发明还公开所述负载型团簇氧化钼催化剂的制备方法和在丙烷脱氢中的应用。本发明可以有效避免催化剂热处理和反应过程中活性组分颗粒长大和团聚;活性组分负载量在1?15%范围内可调,且可以将活性组分纳米颗粒尺寸控制在0.8?1.5nm范围内;在丙烷脱氢反应中表现出了优异的脱氢活性、烯烃选择性和催化剂再生稳定性,团簇氧化钼催化剂重复反应?再生4次后,催化剂初始转化率下降仅0.8%。