本发明公开了一种环状聚乙二醇修饰的二维超晶格薄膜及其制备方法和应用，该二维超晶格薄膜是由一系列形貌统一的环状聚乙二醇修饰的纳米粒子经组装有序排列而成的单层结构，且所述纳米粒子呈现高度有度的六角堆积周期性排列。其制备方法为：以纳米颗粒为基本构筑单元，通过表面配体修饰后在溶液中自组装形成结构稳定的二维超晶格薄膜，所述表面配体为双巯基修饰的聚乙二醇。本发明通过环状聚乙二醇分子刷对纳米粒子进行修饰，使相邻纳米粒子表面的环状聚合物刷相互渗透，形成类似“分子结扣”方式的物理缠结，从而显著提高二维超晶格薄膜的结构稳定性。