本发明提供了一种用于低碳烃类氧化脱氢以形成至少一种更高级的烃类和/或低碳烯烃的催化剂。在一种实施方式中，所述催化剂含有一种具有无序和/或缺陷结构的结构式为MXCYOZ的非化学计量稀土含氧碳酸盐，其中M为至少一种稀土元素选自由La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Tm所组成的组；X＝2；Z＝3+AY；A小于约1.8；Y为所述含氧碳酸盐中的碳原子数目。而且，当所述催化剂在高于100psig压力下用于低碳烃类的氧化脱氢反应时，所述催化剂对于至少一种更高级的烃类和/或低碳烯烃具有至少40%的选择性。本发明还提供了用于制备所述催化剂的方法和使用所述催化剂进行低碳烃类氧化脱氢反应的方法。