拓撲絕緣體是一種全新的量子功能材料，其塊材内部是有帶隙的絕緣态，表面或邊界存在無能隙的金屬态，表現為無質量的狄拉克費米子。因拓撲保護，表面态形成的二維電子氣非常穩定，基本不受雜質與無序的影響，在新原理納電子器件、自旋器件、量子器件、清潔能源和催化等方面有廣泛的應用前景。拓撲絕緣體(如Bi2Se3，Bi2Te3，Sb2Te3）納米薄片是一種新型準二維晶體，它獨特的二維層狀結構和拓撲保護的表面金屬态顯示出許多優異的物理化學性質。beat365納米化學研究中心劉忠範/彭海琳課題組提出和實現了利用“範德華外延”法生長的拓撲絕緣體納米薄片制作柔性透明導電薄膜的思想。率先在柔性透明絕緣的雲母襯底上氣相外延生長出大面積高質量的Bi2Se3納米薄片，利用同步輻射角分辨光電子能譜（ARPES）直接觀察到所制備Bi2Se3納米結構的狄拉克錐形拓撲表面态，并發現基于拓撲絕緣體納米結構的透明柔性導電薄膜有着寬波長範圍内的透光性（尤其是近紅外區）、高導電性、很好的抗擾動能力、和出色的柔性。該工作表明，拓撲絕緣體的獨特光學、電學和機械性質使得這類新型透明柔性光電元件的生産制造成為可能，将帶來更具價值的光電子和納電子學應用。這一結果于2012年2月26日以Article的形式在《自然》雜志子刊Nature Chemistry發表：H. Peng, Z. F. Liu, et al., Topological Insulator Nanostructures for Near-infrared Transparent Flexible electrodes, doi:10.1038/nchem.1277. 該工作剛在線發表，美國能源部SLAC國家加速器實驗室的新聞媒介就進行了采訪報道。以上工作的ARPES實驗合作者包括斯坦福大學的沈志勳教授和牛津大學的陳宇林教授。作為beat365的客座教授，沈志勳教授是全球著名能源與材料權威專家、美國SLAC國家加速器實驗室首席科學家、斯坦福大學材料與能源科學研究所所長、2009年度美國能源部勞倫斯獎獲得者。
劉忠範-彭海琳課題組發現“範德華外延”法在制備新型的二維層狀材料時具有普适性。在前期工作中，他們提出了通過“範德華外延技術”生長雙層AB 堆垛石墨烯，發展遠程催化的方法，打破了銅箔上石墨烯低壓CVD生長過程中的“自限制效應”，首次實現了AB 堆垛雙層石墨烯的大面積外延生長，為規模制備雙層石墨烯基納電子和光電器件提供了材料基礎 (Nano Lett. 2011, 11, 1106)。他們還利用“範德華外延”法，制備了石墨烯/拓撲絕緣體二維納米異質結構 (Nano Lett. 2010, 10, 2870)。
該課題組還與斯坦福大學崔屹課題組合作，提出了“拓撲絕緣體納米結構和器件研究”的研究思路，發現構築具有大的比表面積的納米結構可以有效降低體态載流子的貢獻，實現了拓撲絕緣體（Bi2Se3, Bi2Te3）納米線、納米帶和納米薄片的控制生長，并系統研究了拓撲絕緣體納米結構的量子輸運和栅壓調控性質。他們利用氣-液-固生長機制，制備了高質量的拓撲絕緣體納米帶，首次發現拓撲絕緣體Bi2Se3表面态的Aharonov-Bohm (AB)量子幹涉效應（Nature Materials 2010, 9, 225)，證明了拓撲絕緣體中能産生AB效應的拓撲表面态電子波的存在。同時，通過氣-固生長機制，在Si/SiO2基底上氣相沉積生長得到了高質量拓撲絕緣體Bi2Se3和Bi2Te3少層納米薄片（厚度僅為3－6nm），并用高k值介電層Al2O3作頂栅，利用栅電壓成功調控了拓撲絕緣體的化學勢（Nano Lett. 2010, 10, 2245）。
相關工作得到了科技部、國家自然科學基金委和教育部人才基金的資助。
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