本发明提供了一种2H晶型二硫化钼的改性方法、水溶性二硫化钼及其应用，该包括如下步骤：将摩尔比为1:(10‑15)的2H晶型二硫化钼和磷改性剂分别置于石英舟的下游和上游，所述石英舟置于反应炉中，通入氩气或抽真空后封闭石英舟；将炉体中心温度升温至240‑400℃并保温进行反应，反应结束后降温，收集产物并清洗表面吸附物，得到水溶性二硫化钼。本发明通过对2H晶型二硫化钼进行磷还原改性，减少二硫化钼纳米片的重复堆积并增加其层间距，同时实现二硫化钼晶型的转变，增加二硫化钼表面缺陷位点数量，从而增强二硫化钼的表面活性和亲水性，提升其作为纳米驱油剂的驱油效果。