本发明涉及一种复合金属氧化物催化剂、其制备方法及应用，其制备方法包括：(1)将含钼、钒、钨、铌或钛元素的化合物中的一种或两种溶于水，得到溶液A；(2)将含铋、锑、碲或铅元素的化合物中的一种或两种溶于硝酸溶液，得到溶液B；(3)将含钴、铁、铜、镍、银或锌元素的化合物中的两种或以上溶于水，得到溶液C；(4)使溶液A、B、C混合搅拌，得到混合溶液；(5)加入扩孔剂；(6)放入微波平行反应仪(7)干燥、焙烧、成型，得到复合金属氧化物催化剂。本发明制备过程快速、加热均匀，制得的催化剂孔道发达，可以用于丙烯、异丁烯选择性氧化生产丙烯醛类化合物和甲苯及其衍生物选择性氧化生产苯醛类化合物反应中，催化活性高。