本发明涉及一种多级孔催化剂，该催化剂由占总质量30%~60%的活性组分和余量为具有三维有序多级孔道的SiO2载体制成；以重量份计，所述活性组分由17.66g/35.32g(NH4)6Mo7O24·4H2O、0.25g NH4VO3、0.42g Cu(CH3C00)2·2H2O、0.48g SbCl3、0.30g H3AsO4、1.09g H3PO4、0.35g La(CH3COO)3·1.5H2O、0.45g Ce(NO3)3·6H2O和2.12g CsOH·H2O构成。同时，本发明还公开了该催化剂的制备方法和应用。本发明可显著提高反应催化活性，其用于催化异丁醛氧化脱氢制备甲基丙烯酸能够在空气作为氧化剂，常压条件下进行，在较低的反应温度条件下，可得到较高的甲基丙烯酸收率和较低的COX生成率。