“贫油、少气、相对富煤”的资源禀赋决定了我国必须长期坚持煤炭清洁高效利用道路。煤炭是一种富含碳、氢、氧等元素的有机岩，是供热、发电领域主要燃料，是冶金、化工和建材等领域重要原料，是天然气储存、CO2封存和能量存储转化的潜在材料。本文通过系统采集的16块不同变质程度煤样，结合显微观察、红外光谱、核磁共振、气体吸附等实验和分子模拟手段，解构显微组分、化学组分、分子结构和多孔结构差异，讨论物质结构分异的地质驱动，为其燃料、原料和材料属性多元开发提供支持。中低阶煤相对富氢，类脂体荧光性好，具有重要燃料和原料转化利用属性。煤化作用持续聚碳，结构逐渐致密且趋于定向排列，原料和材料属性不断加强。沼泽环境和泥炭化作用决定了煤初始显微组分组成，受气候条件、水体性质、植被类型和陆源碎屑等综合影响。煤化作用控制煤化学组分、分子结构和多孔结构演变，在镜质体反射率约0.65%、1.3%和3.5%呈现阶梯式跃变。实现多重属性有效开发，热解反应可获取煤中油气成分和焦油产品，结合力解等可实现多维碳结构制备和利用，米—厘米—纳米尺度上的多孔介质非均质性认识有助于实现材料属性开拓。在此基础上，充分认识“显微—化学”两种组分、“分子—多孔”两种结构在固、液、气分子多相态间相互作用，有利于实现煤基多元清洁能源和煤基材料协同转化和开发。上述科学与技术问题的持续攻关和认识突破，将为我国能源结构调整和“双碳”战略实施提供助力。