Al,Si,P和S掺杂石墨烯(X-Graphene,X-Gr,X=Al,Si,P和S)可用来代表具有结构异性的煤结构模型.通过自旋极化的密度泛函理论(DFT)方法,研究了煤层气(Coalbed methane,CBM,主要成分为CH4,CO2和H2O)在煤结构模型X-Gr上的吸附,并讨论了相应的吸附能、吸附平衡距离、Mulliken电荷转移、电荷密度差分图和态密度.结果表明,含Al和Si的煤结构模型对CBM的吸附较强,而CBM在P和S煤结构模型的吸附为弱的物理吸附.CBM在X-Gr煤结构模型上的吸附作用随着掺杂元素非金属性的增强而减弱,即Al-Gr>Si-Gr>P-Gr>S-Gr.煤层气中CO2和H2O吸附在煤炭表面的能力强于CH4,可以通过注入CO2和H2O到煤层中促进CH4的开采.此外,含Al和Si煤结构与煤层气之间较强的相互作用表明其可以作为CH4,CO2和H2O的气体传感器.