毫无疑问，氧缺陷在CeO₂的化学过程中起着至关重要的作用，但就氧表面物质是如何产生的以及氧在原子水平上是如何储存的，人们所知甚少。氧气分子在表面规则的化学计量CeO₂的吸附是惰，甚至只能在低温下在CeO₂(111)表面观察到物理吸附的氧。这意味着氧只能与氧化铈表面的缺陷位点发生反应，如台阶、边缘、角落、氧空位或它们的聚集处的低配位原子。当O₂^-以中性氧原子形式从CeO₂颗粒表面逸出时，留下了两次并局域到最邻近的Ce⁴⁺上。因此，氧空位与两个Ce³⁺ 4f¹离子的形成有关，是一个双电子供体中心。表面氧空位模型不能解释超氧氧自由基的形成

        O₂分子与O空位有强烈的相互作用，一个O原子填充空位，另一个O原子从表面指向外。分子氧与还原氧化铈的相互作用形成顺磁性O₂^-超氧物种，具体地是分子氧与还原的二氧化铈颗粒表面配位不饱和的Ce³⁺离子，该物种可以EPR，IR（1125 cm^-1）和拉曼光谱(1125 cm^-1)进行检测。类似地，通过IR或拉曼光谱(830-870 cm^-1) 检测到的抗磁性O₂^2-过氧物种。O₂在氧空位上的吸附明显地消除了氧缺陷，并导致表面形成过氧基团O₂^2-。那CeO2颗粒表面的Ce3+位点是否可以活性O2分子，形成超阳氧物种O2-的“单电子活性中心”呢？^{原则上，如果电子迁移率高，O}₂^{-物种应该可以通过O}₂^{吸附在还原CeO}_2-x^{颗粒表面活性位点上形成，例如处于CeO}₂^{颗粒表面台阶，边缘，顶角等晶格扭曲处的配位不饱和Ce3+位点。具体地，从Ce 3+的4f 1中的转移一个电子到被吸附O}₂^{分子的反键轨道π*。这种现象确实在其他还原性氧化物(如TiO2)上观察到。}

^{dx.doi.org/10.1021/jp111147y | J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5817–5822}