本发明公开一种催化剂负载骨架，包括层叠排布的若干长方体板和支撑骨架，任意一长方体板的板面和支撑骨架的表面均负载催化剂，从而增大了催化剂的负载表面积；同时，长方体板的多层层叠排布结构，能够将反应管道内的有限空间切分成数个不同区域，进一步增大气体与催化剂的反应面积。本发明还提出了包含上述催化剂负载骨架的催化剂单元及该催化剂单元的制备方法，极薄的催化剂膜厚度能够使催化燃烧反应发生时产生的热量积聚在骨架上表面，从而在局部范围内产生极大的温度差，实现室温温度下的乏风瓦斯等废气的催化氧化。本发明还提出一种催化燃烧反应系统，可有效提高废气的处理量。