采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了不同非金属原子(N、Si、P和B)共同掺杂石墨烯体系(D-GN4)的电子结构和表面活性。研究发现:单个Si和B原子分别掺杂的GN4结构具有极高的稳定性(>7.0 eV),失去电荷的掺杂原子显正电性将有助于调控气体分子的稳定性;单个O_2分子在P-GN4表面的吸附性较弱,而在Si-GN4和B-GN4衬底的吸附性较强表现出高的灵敏性;吸附的O_2分子能够有效地调控D-GN4体系的电子结构和磁性变化。该研究为设计新型的自旋电子器件或气体传感器提供重要参考。