本发明公开了一种仿贝壳结构纤维素纳米纤维/黑磷烯复合膜的制备方法，首先通过氢键相互作用获得稳定存在的纤维素纳米纤维/黑磷烯分散液，然后通过自组装的方式形成仿贝壳结构的层状纤维素纳米纤维/黑磷烯复合膜。本发明以纤维素纳米纤维作为黑磷烯纳米复合膜的构筑模块，采用真空抽滤的方法进行自组装，形成具有优异力学性能和防火性能的仿贝壳结构层状复合膜。本发明所制备的纤维素纳米纤维/黑磷烯层状复合膜具有有序“砖‑泥”层状结构，力学性能优异，此外还具有良好的生物相容性，可以用于组织工程和生物医药等领域。