本发明提供一种可实现高硫容的碳纳米纤维材料制备方法及其应用，属于功能催化材料制备及环境友好催化应用技术领域。以聚丙烯腈和聚苯乙烯为前驱体，利用静电纺丝法制备纳米纤维膜，继而高温碳化、并耦合含氮物种低温等离子体处理技术，得到表面含氮官能团修饰、内部具有莲藕状贯穿孔道的碳纳米纤维膜。该材料在室温下即具有优异的催化氧化脱硫性能；产物单质硫纳米颗粒被固定在材料的孔道结构中，所构筑的碳/硫复合材料可作为自支撑电极直接用于锂硫电池正极材料，实现高附加值利用。本发明操作简便，材料催化脱硫活性强、选择性高，且易于实现批量制备生产，具有良好的综合应用前景，同时解决环境污染和能源短缺问题，符合绿色化工可持续发展。