GFile で g_file_set_display_name すると普通にリネームするんだね。

#!/usr/bin/env python3

import sys
from gi.repository import Gio

f = Gio.File.new_for_path(sys.argv[1])
f.set_display_name("nae_yuki.jpg")

存在しないファイルでこの関数を使うと「存在しないよ！」とエラー。

こうなってしまったので気が付いただけですが。
なるほど、メモリ上のデータではなくファイルポインタなのね。

ちなみに、これを利用してリネームツールをとか考えたけど。

mvにサヨナラ！renameコマンドのイケメンぶりが半端ない | techiela

rename コマンドってこんなに便利だったのか…
mv しか使ったことがなかったYO!